(57)【要約】【課題】ＲＲＯの増加現象を効果的に抑制し、サーボデータの歪みを高精度に補正することが可能なヘッド位置決め制御システムを提供することにある。【解決手段】ＲＲＯ成分を補正するためのフィードフォワード制御系を有するヘッド位置決め制御システムにおいて、フィードフォワード制御系は、コントローラ２００の入力値から前回に算出した補正値をフィードバックして、補正後に発生したＲＲＯ成分を測定する測定部２２０、及び補正後に発生したＲＲＯ成分を補正する補正値を算出するＦＦフィルタ２３０を含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するディスク媒体上の目標位置にヘッドを位置決めするための位置決め手段と、
前記目標位置に対する前記ヘッドの位置誤差を検出する手段と、
前記位置誤差に基づいて、前記位置決め手段の制御操作量を出力する制御手段と、
前記制御手段の入力値に基づいて、前記ディスク媒体の回転に同期する位置誤差成分を算出し、前記位置誤差から当該位置誤差成分を解消するための補正値を算出して前記入力値に加算する補正手段と
を具備したことを特徴とするヘッド位置決め制御システム。
【請求項２】
前記補正手段は、前記制御手段の入力値として前記位置誤差に前記補正値を加算し、当該加算結果を入力として前記位置誤差成分を算出する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置決め制御システム。
【請求項３】
前記制御手段は、フィードバック制御により前記位置誤差を解消するように追従制御を実行し、
前記補正手段は、前記制御手段に前記補正値を入力するフィードフォワード制御システムに含まれることを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置決め制御システム。
【請求項４】
前記補正手段は、前記制御手段を含むヘッド位置決め制御システムの感度関数の逆関数に相当する線形フィルタ、及び前記制御手段の入力値から前記位置誤差成分を算出して当該線形フィルタの入力値として算出する手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヘッド位置決め制御システム。
【請求項５】
回転するディスク媒体に対してデータのリード動作またはライト動作を実行するためのヘッドと、
前記ディスク媒体上に記録するためのサーボデータを前記ヘッドに出力する手段と、
前記ディスク媒体上の目標位置に前記ヘッドを位置決めするための位置決め手段と、
前記目標位置に対する前記ヘッドの位置誤差を検出する手段と、
前記ディスク媒体上に前記サーボデータを書き込むときに、前記位置誤差に基づいて前記位置決め手段の制御操作量を出力してヘッド位置決め制御を実行する制御手段と、
前記制御手段の入力値に基づいて、前記ディスク媒体の回転に同期する位置誤差成分を算出し、前記位置誤差から当該位置誤差成分を解消するための補正値を算出する補正手段と
を具備したことを特徴とするディスク記憶装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記ディスク媒体上に記録された過去のサーボデータの歪みに相当する前記位置誤差に前記補正値を加算した加算結果を前記入力値として補正し、
前記入力値から前記位置誤差成分を算出する手段を含むことを特徴とする請求項５に記載のディスク記憶装置。
【請求項７】
前記制御手段は、ディスク媒体上に構成するシリンダ単位に前記ヘッド位置決め制御を実行し、
前記補正手段は、前記シリンダに含まれる各サーボセクタ毎に前記入力値を積算した結果に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする請求項５に記載のディスク記憶装置。
【請求項８】
前記補正手段は、前記制御手段を含むヘッド位置決め制御システムの感度関数の逆関数に相当する線形フィルタ、及び前記入力値を各サーボセクタ毎に積算した積算結果から前記位置誤差成分を算出して当該線形フィルタの入力値として算出する手段を含むことを特徴とする請求項５に記載のディスク記憶装置。
【請求項９】
回転するディスク媒体に対してデータのリード動作またはライト動作を実行するためのヘッドを有するディスク記憶装置に適用するサーボライト方法であって、
前記ヘッドにより、前記ディスク媒体上に記録されたサーボデータを読出すステップと、
前記サーボデータに基づいて、前記ヘッドを前記ディスク媒体上の目標位置に位置決めするときに、前記ディスク媒体の回転に同期する位置誤差成分を算出し、前記位置誤差から当該位置誤差成分を解消するための補正処理を含む位置決め動作を実行するステップと、
前記ディスク媒体上の目標位置に前記サーボデータを前記ヘッドにより書き込むステップと
を有する手順を実行することを特徴とするサーボライト方法。
【請求項１０】
前記位置決め動作は、ディスク媒体上に構成されるシリンダ単位に前記ヘッドを位置決めし、
前記補正処理は、前記シリンダに含まれる各サーボセクタ毎に、前記位置誤差成分を解消するための補正値を算出する処理を含むことを特徴とする請求項９に記載のサーボライト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはヘッド位置決め制御システムに関し、特に、サーボライト機能を有するディスク記憶装置に適用するヘッド位置決め制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ハードディスクドライブを代表とするディスクドライブには、ディスク媒体（以下単にディスクと称す）上に記録されたサーボデータに基づいて、ヘッドをディスク上の目標位置に位置決めするヘッド位置決め制御システムが組み込まれている。
【０００３】
サーボデータをディスク上に記録するサーボライト方法としては、ディスクドライブに組み込まれた機構を利用して行なうセルフサーボライト方法がある（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平８−２１２７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セルフサーボライト方法では、ディスク上に書き込まれたサーボデータを使用してヘッドの位置決めを実行し、次のサーボデータを書き込む処理が実行される。このとき、サーボデータには、ディスクの回転に同期した位置誤差成分（ＲＲＯ : Repeatable Run Out、以下ＲＲＯと称す)が含まれる。このため、過去のサーボデータの半径方向の歪みが、次回以降に書き込まれるサーボデータの歪みに影響を与えるＲＲＯの増加現象が発生する。
【０００５】
前述の先行技術等においては、当該ＲＲＯの増加現象を、フィードフォワード（ＦＦ）制御で補正値を入力する補正機能（以下ＦＦ補正と表記することがある）により抑制する技術が開発されている。補正機能は、ヘッド位置決め制御システムの感度関数の逆関数に相当する線形フィルタ（ＦＦフィルタ）演算を使用する。即ち、補正機能は、ＦＦフィルタ演算により算出された補正値を、ヘッド位置決め制御システムのコントローラ（追従制御要素）の入力値に加算する。ＦＦフィルタ演算は、補正前に検出されたヘッドの位置誤差（目標位置に対する誤差）に含まれるＲＲＯに基づいて補正値を算出する。しかしながら、このような補正機能では、補正値の入力後に発生するＲＲＯに対しては補正することができないため、記録されるサーボデータの歪みを高精度に補正することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＲＲＯの増加現象を効果的に抑制し、サーボデータの歪みを高精度に補正することが可能なヘッド位置決め制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の観点に従ったヘッド位置決め制御システムは、回転するディスク媒体上の目標位置にヘッドを位置決めするための位置決め手段と、前記目標位置に対する前記ヘッドの位置誤差を検出する手段と、前記位置誤差に基づいて前記位置決め手段の制御操作量を出力する制御手段と、前記制御手段の入力値に基づいて前記ディスク媒体の回転に同期する位置誤差成分を算出し、前記位置誤差から当該位置誤差成分を解消するための補正値を算出して前記入力値に加算する補正手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本システムであれば、ＦＦ補正処理後のＲＲＯをフィードバックして補正値を修正することにより、ＲＲＯの増加現象を効果的に抑制し、サーボデータの歪みを高精度に補正することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、セルフサーボライト機能を有するディスクドライブの要部を示すブロック図である。図２は、当該ディスクドライブに組み込まれているヘッド位置決め制御システムを説明するためのブロック図である。
【００１１】
（ディスクドライブの構成）
本ディスクドライブは、図１に示すように、データ記録媒体であるディスク１と、アクチュエータ３に搭載されたヘッド２と、セルフサーボライト機能を含む制御系とを有する。
【００１２】
ディスク１は、スピンドルモータ（ＳＰＭ）１０に取り付けられて高速回転される。ディスク１上には、後述するサーボライト動作により、周方向に一定間隔でサーボデータ（位置情報）が記録されるサーボエリア１１０が設けられる。
【００１３】
ディスク１上には、回転軸を中心とする同心円状の多数のトラック（シリンダ）１００が構成される。各トラック１００は、サーボエリア１１０を先頭とするサーボセクタ１３０に分割される。サーボセクタ１３０は、サーボエリア１１０とデータ記録エリア１２０とからなる。
【００１４】
ヘッド２は、ライトヘッド２０とリードヘッド２１とを有する。ライトヘッド２０は、サーボデータ又はユーザデータをディスク１上に書き込むライト動作を実行する。リードヘッド２１は、ディスク１上からサーボデータ又はユーザデータを読出すリード動作を実行する。アクチュエータ３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）４の駆動力により、ヘッド２をディスク１上の半径方向に移動させる。
【００１５】
制御系は、信号処理部５と、位置検出部６と、制御部７と、ＶＣＭドライバ８と、サーボ書込む部９とを有する。
【００１６】
信号処理部５は、リードヘッド２１から出力されるリード信号に対して復号処理やエラー訂正処理を実行するリード／ライトチャネルである。位置検出部６は、信号処理部５により処理されたリードデータからサーボデータを分離し、ヘッド２の位置情報（シリンダアドレスとサーボバースト信号に大別される）を生成する。
【００１７】
制御部７は、ＲＯＭ７１に格納されたプログラムを実行するマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）７０をメイン要素とし、後述するヘッド位置決め制御システムを構成している。ＣＰＵ７０は、位置検出部６により一定時間毎に検出されるヘッド位置、ＲＯＭ７１に格納された制御パラメータ、及びタイマで測定されたプログラム処理時間等に従って、ＶＣＭ４を駆動制御するための制御操作量（制御入力値）を算出する。
【００１８】
ＶＣＭドライバ８は、ＣＰＵ７０から出力される制御操作量に従った駆動電流を生成し、ＶＣＭ４に供給する。サーボ書込む部９は、ＣＰＵ７０からの指令に従って、サーボエリア１１０に記録すべきサーボデータを生成して、ライトヘッド２０に出力する。サーボ書込む部９は、ＣＰＵ７０と共に、セルフサーボライト機能を実現する構成要素である。
【００１９】
（ヘッド位置決め制御システム）
本システムは、図２に示すように、コントローラ（伝達関数Ｃ）２００をメイン要素とするフィードバック制御系と、ＲＲＯ（ディスク回転に同期する位置誤差成分）を解消するための補正値（ＦＦ）を生成するためのフィードフォワード制御系とからなる。なお、本システムは、図１に示すＣＰＵ７０、及びＲＯＭ７１に格納されたプログラムと制御パラメータを含むソフトウェアにより実現される。
【００２０】
コントローラ２００は、プラント（制御対象）２１０の位置誤差（ＰＥＳ）と、補正値（ＦＦ）とを加算した加算結果を入力（入力端への入力値２５０）として、一定時間間隔でプラント２００への制御操作量を決定するサンプル値制御を実行する。
【００２１】
プラント（制御対象）２１０は、広義にはヘッド２を含むアクチュエータ３であり、狭義にはＶＣＭ４である。即ち、具体的には、ＶＣＭドライバ８は、コントローラ２００から出力される制御操作量を駆動電流に変換してＶＣＭ４に供給する。
【００２２】
フィードフォワード制御系は、ＲＲＯ測定部２２０と、ＦＦフィルタ２３０と、ＦＦ入力発生部２４０とを有する。
【００２３】
ＲＲＯ測定部２２０は、コントローラ２００の入力値２５０からＲＲＯ残差成分を測定する。ＦＦフィルタ２３０は、フィードバック制御系の感度関数の逆関数に相当する線形フィルタ演算部であり、ＲＲＯ測定部２２０の測定結果（各サーボセクタ毎の積算値）から補正値（ＦＦ）を算出する。ＦＦ入力発生部２４０は、ＦＦフィルタ２３０により算出された補正値（ＦＦ）をサーボセクタ毎に順次出力する。
【００２４】
（セルフサーボライト動作）
以下図１及び図２以外に、図３から図８を参照して、本実施形態のセルフサーボライト動作を説明する。
【００２５】
まず、ディスクドライブでは、ディスク１はＳＰＭ１０により一定角速度で回転している。セルフサーボライト方法では、図８に示すように、ＣＰＵ７０は、リードヘッド２１により、ディスク１上に既に記録された過去のサーボデータを一定時間間隔で読出す（ステップＳ１）。ヘッド２の現在位置を示す位置情報は、ディスク１の回転角に同期して、各サーボセクタ１３０の先頭のサーボエリア１１０から得られる。ＣＰＵ７０は、当該サーボデータから得られる位置情報に従って、次にサーボデータを書き込む位置にライトヘッド２０を位置決めする（ステップＳ２）。
【００２６】
ここで、図１に示すように、ヘッド２は、ライトヘッド２０とリードヘッド２１とがディスク１上の半径方向に位置ずれしている。具体的には、ライトヘッド２０は、リードヘッド２１より内周側に位置している。
【００２７】
ＣＰＵ７０は、例えばディスク１上の外周側から１シリンダ（トラック）単位で各サーボセクタ毎のサーボエリア１１０にサーボデータを書き込む（ステップＳ３）。そして、内周側に向かってヘッド２を１シリンダ毎にシークさせる（位置決めさせる）。ＣＰＵ７０は、それらのサーボライト動作を繰り返すことにより、ディスク１上の全面にサーボデータを書き込む（ステップＳ４）。
【００２８】
なお、ライトヘッド２０がリードヘッド２１より外周側に位置する場合には、ディスク１の内周側からサーボデータを書き込む。
【００２９】
次に、図２を参照して、ステップＳ２に示すライトヘッド２０の位置決め動作を説明する。
【００３０】
セルフサーボライト動作時に、ＣＰＵ７０は、図２に示すヘッド位置決め制御により、ライトヘッド２０の位置決め動作を実行する。コントローラ２００は、リードヘッド２１により読出される過去のサーボデータに基づいて、次にサーボデータを書き込む位置との位置誤差（ＰＥＳ）を解消するような制御操作量を算出してプラント２１０に出力する。このとき、コントローラ２００は、位置誤差（ＰＥＳ）とＦＦ入力発生部２４０からの補正値（ＦＦ）との加算結果を入力値（２５０）とする。
【００３１】
ここで、過去のサーボデータには、ＲＲＯによる歪みＳＤ１が含まれている。次回に書き込まれたサーボデータにも、ＲＲＯによる歪みＳＤ２が含まれている。フィードフォワード制御系は、過去のサーボデータに含まれる歪みＳＤ１が、次回のサーボデータの書き込み時に影響を与えないように補正値（ＦＦ）を算出する。即ち、コントローラ２００の入力値２５０からＲＲＯ成分がゼロになるように、補正値（ＦＦ）を算出する。
【００３２】
以下、フィードフォワード制御系の動作を説明する。
【００３３】
ＲＲＯ測定部２２０は、サーボセクタ数分のメモリを有し、コントローラ２００の入力値２５０からＲＲＯ残差成分を測定する。具体的には、下記式（１）の演算を実行する。
【００３４】
ＲＲＯ（ｋ）＝ＲＲＯ（ｋ）＋Ｇ×（ＰＥＳ（ｔ）＋ＦＦ（ｋ））…（１）
ここで、ｋはサーボセクタの番号である。ＲＲＯ（ｋ）は、サーボセクタｋに対応するのＲＲＯ測定結果であり、ＲＲＯ測定部２２０のメモリに格納される値を意味する。ＰＥＳ（ｔ）は、サーボデータの歪みを含む位置誤差（ＰＥＳ）である。ＦＦ（ｋ）は、ＦＦ入力発生部２４０から出力される補正値で、サーボセクタｋに対応する補正値である。Ｇは、０以上から１以下のゲイン定数であり、補正値（ＦＦ）の生成が安定かつ早く収束するような値が選択される。
【００３５】
前記式（１）において、右項のＲＲＯ（ｋ）は、過去のサーボデータの書き込み時に測定された値である。
【００３６】
ＦＦフィルタ２３０は、ＲＲＯ測定部２２０のメモリに格納された測定結果（各サーボセクタ毎の積算値）から補正値（ＦＦ）を算出する。ＦＦ入力発生部２４０は、ＦＦフィルタ２３０により算出された補正値（ＦＦ）をサーボセクタ毎に順次出力する。
【００３７】
以上のようにしてフィードフォワード制御系に含まれるＦＦフィルタ２３０により、過去のサーボデータの書き込み時に発生するＲＲＯによる歪みを補正するための補正値（ＦＦ）を算出する。即ち、ＲＲＯ測定部２２０は、過去のサーボデータの書き込み時のＲＲＯによる歪み量である残差ＲＲＯ成分を推定する。ＦＦフィルタ２３０は、推定された当該歪み量を補正値（ＦＦ）に付加させることにより、それ以前に発生したＲＲＯによる歪みを解消させることができる。従って、過去のサーボデータの書き込み時に発生する歪みＳＤ１が、次回のサーボデータの書き込み時に発生する歪みＳＤ２に影響するＲＲＯの増加現象を抑制できる。これにより、セルフサーボライト動作時に、ディスク１上に記録するサーボデータにおけるＲＲＯによる歪みを高精度に補正することが可能となる。
【００３８】
図３は、本実施形態のヘッド位置決め制御システムを使用したセルフサーボライト動作におけるサーボセクタ毎のサーボデータの歪み量（サーボ歪量）を測定したシミュレーション結果（ゲイン定数Ｇは０．３の場合）を示す図である。
【００３９】
符号３００は、前回（過去）のサーボデータの書き込み時におけるサーボ歪量を示す。符号３１０は、従来のフィードフォワード制御により補正したサーボ歪量を示す。符号３２０は、本実施形態のフィードフォワード制御により補正したサーボ歪量を示す。
【００４０】
図４から図７は、本実施形態のヘッド位置決め制御システムにおいて、ゲイン定数Ｇの変更に応じたコントローラ２００の入力値２５０の時間変化を測定したシミュレーション結果を示す。
【００４１】
図４に示すように、ゲイン定数Ｇが０．１の場合には、相対的に収束速度が遅くなる。これに対して、図５に示すように、ゲイン定数Ｇが０．１の場合には、当該収束速度が改善される。さらに、図６に示すように、ゲイン定数Ｇが０．６の場合には、当該収束速度の改善が顕著である。しかしながら、図７に示すように、ゲイン定数Ｇが０．８の場合には、当該収束速度の改善は見られず、定常状態でのばらつきがやや劣化する。従って、ゲイン定数Ｇとしては、０．３以上から０．６以下が好ましい。
【００４２】
以上本実施形態のヘッド位置決め制御システムを使用したセルフサーボライト方法であれば、前回の書き込みにより記録したサーボデータに基づいて、次のサーボデータを書き込むときに、ディスク回転に同期したＲＲＯ成分の増加現象を効果的に抑制することができる。具体的には、コントローラ２００の入力値２５０からＲＲＯ成分を解消することができる。これにより、過去のサーボデータの半径方向の歪みが、次回以降に書き込まれるサーボデータの歪みに影響を与えるＲＲＯの増加現象を抑制することができる。
【００４３】
なお、本実施形態は、ハードディスクドライブでのセルフサーボライト動作に適用する場合を説明したが、本実施形態のヘッド位置決め制御システムは、例えばＤＶＤ（ディジタル・ビデオ・ディスク）の原盤の作成工程にも適用可能である。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック図。
【図２】本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムを説明するためのブロック図。
【図３】本実施形態に関するシステムでのサーボ歪量の特性を示す図。
【図４】本実施形態に関するコントローラの入力値の時間変化を示す図。
【図５】本実施形態に関するコントローラの入力値の時間変化を示す図。
【図６】本実施形態に関するコントローラの入力値の時間変化を示す図。
【図７】本実施形態に関するコントローラの入力値の時間変化を示す図。
【図８】本実施形態に関するセルフサーボライト動作の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４６】
１…ディスク、２…ヘッド、３…アクチュエータ、４…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、
５…信号処理部、６…位置検出部、７…制御部、８…ＶＣＭドライバ、
９…サーボ書込む部、１０…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、２０…ライトヘッド、
２１…リードヘッド、７０…マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、７１…ＲＯＭ、
１００…トラック（シリンダ）、１１０…サーボエリア、１２０…データ記録エリア、
２００…コントローラ、２１０…プラント（制御対象）、２２０…ＲＲＯ測定部、
２３０…ＦＦフィルタ、２４０…ＦＦ入力発生部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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